HISTÓRIA DAS PILHAS DA PILHA DE VOLTA À CONTEMPORANEIDADE

APRESENTAÇÃO

Discentes:

o Jason Levy Reis;

o Mateus Barbosa;

o Victor Said;

o Victória Cabral.

Docente: Thaíse Silva;

Disciplina: Química III;

Tema: História das pilhas;

Turma: 5832 – Unidade III;

Curso: Automação Industrial.

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia

Departamento Acadêmico de Automação e Sistemas

Coordenação de Automação Industrial

Salvador

20142

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

1.1 METODOLOGIA

1.2 OBJETIVOS

2 ELETROQUÍMICA

2.1 FUNDAMENTOS DA

ELETROQUÍMICA

2.2 ELETROQUÍMICA E PILHAS

3 CONTEXTO HISTÓRICO

3.1 RELEVÂNCIA DA PILHA PARA A

QUÍMICA

4 SURGIMENTO DAS PILHAS

4.1 PILHA DE VOLTA

4.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

5 EVOLUÇÃO DAS PILHAS

6 IMPORTÂNCIA DA QUÍMICA PARA A

SOCIEDADE EM GERAL

7 BATERIAS: EVOLUÇÃO DAS PILHAS?

7.1 TIPOS DE BATERIA

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3

INTRODUÇÃO

Desenvolvidas em 1799, por Alexandre Volta, as pilhas são elementosresponsáveis por realizar a transformação de energia química, através daoxirredução, em energia elétrica.

Este trabalho tem por objetivo realizar uma análise histórica a respeitodas pilhas, descrevendo e comparando os diversos modelos desenvolvidosao decorrer de sua origem. A metodologia empregada foi a revisãobibliográfica, que fundamentou-se por meio da utilização de artigos,apostilas, dissertações de mestrado, e websites.

OBJETIVO E METODOLOGIA

4

FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA

NO CONTEXTO DAS PILHAS

• Espontaneidade das reações deOxirredução.

• Zinco e Cu²+ ou Magnésio e soluçãoácida como HCl.

• Por serem espontâneas, podem serusadas para gerar eletricidade.

• As pilhas são em geral formadas por:

1. Duas semicélulas;

2. Fio metálico ou fio de metal;

3. Ponte salina.

FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA

6

• A tensão de uma pilha representaa tendência de ocorrer a reação deoxirredução entre as espécies queformam a pilha.

• O potencial de um eletrodo, deuma certa espécie, é medido apartir do eletrodo padrão deHidrogênio.

• Exemplo: Zinco e Hidrogênio.

Zn(s) → Zn²+(aq) + 2e-

2H+(aq) + 2e- → 2H2(g)

Zn(s) + 2H+(aq) → Zn²+(aq) + 2H2(g)

E˚ = 0,76 V7

ELETROQUÍMICA E AS PILHAS

SURGIMENTO DAS PILHAS

A PRIMEIRA PILHA: PILHA DE VOLTA

SURGIMENTO DAS PILHAS

• Luigi Galvani (1737-1798);

• 1791 – Descoberta de um novoFenômeno:

• “Eletricidade animal”.

• Professor de física;

• Desvendou a questão da “eletricidade animal”;

• Responsável pela criação da “Pilha Voltaica”;

• Iniciou a “era da eletricidade”.

ALESSANDRO VOLTA (1745-1827)

9

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

• Desenvolvida em 1799;

• Publicada em 1800;

• As pilha possuíam curta duração;

• Importante descoberta;

• Classificação das classes condutoras;

10

HISTÓRIA DAS PILHAS Da pilha de Volta às pilhas de Lítio

• Em 1791, Luigi Galvani descobriu o efeito

fisiológico da eletricidade ao realizar

experimento com rãs.

• O experimento de Galvani abriu caminhos

na pesquisa e desenvolvimento de pilhas

utilizando elementos químicos.

• Em 1800, Alessandro Volta criou a primeira

pilha utilizando discos de Cobre e Zinco

entremeados de algodões ou papéis

embebidos em Ácido Sulfúrico.

HISTÓRIA DA PILHA

12

Em 1836, John Frederic Daniell fabricou uma pilha que solucionava às falhasapresentadas pela pilha de Volta.

HISTÓRIA DA PILHA

13

• Vapores ácidos;

• Alta periculosidade.

A pilha de Alessandro Voltarepresentou um grande progressona área científica.

• Em 1839, William Robert Grove criou a primeira

célula combustível, que ele denominou bateria a gás.

• Gaston Planté, em 1859, criou a primeira pilha

recarregável, o acumulador de chumbo-ácido, cuja

versão mais atual é utilizada em carros.

HISTÓRIA DA PILHA

14

• Em 1901, Thomas Edison inventou as pilhas

alcalinas, utilizando Níquel Ferro. As pilhas alcalinas

são utilizadas largamente na atualidade.

EVOLUÇÃO HISTÓRICA DAS PILHAS

Das pilhas secas, às de Lítio

• PILHA ALCALINA: é considerada uma pilha seca básica, assim como a anterior não utiliza uma solução

como eletrólito, mas sim uma pasta constituída de Hidróxido de Potássio (KOH). Produz de 1,55 V.

• Esse tipo de pilha tem durabilidade de cinco a oito vezes maior do que as pilhas secas ácidas.

• Diferente da anterior, que a amônia deposita-se na barra de grafite, a solução básica – além de melhor

condutora – não dificulta o fluxo de elétrons entre terminais ao decorrer do uso.

• O zinco utilizado sofre menos desgaste, de modo à aumentar a vida útil da pilha.16

• PILHA DE LECLANCHÉ: é considerada uma pilha seca ácida, pois não utiliza uma solução como eletrólito,

mas sim uma pasta constituída de NH4Cl + ZnCl2. Produz uma tensão entre 1,4 e 1,7 V.

• Esse tipo de pilha tem durabilidade proporcional à quantidade de MnO2. Quando esse composto é totalmente

consumido, conclui-se o funcionamento da pilha.

• Em geral, existe a possibilidade do selamento hermético ser rompido, tendo em vista que a pilha é lentamente

corroída internamente pelo eletrólito. O NH3 formado deposita-se no grafite, formando um isolante elétrico.

• PILHA DE MERCÚRIO: é considerada uma pilha de tensão constante, produzindo uma tensão entre 1,35 V.

• Nessas pilhas, a fim de reduzir seu tamanho, as substâncias que compõem a pilha são: cápsula de Zn; pasta

de óxido de mercúrio II e a solução eletrolítica de hidróxido de potássio (KOH(aq)).

• Esse tipo de pilha tem longa durabilidade, com alto índice de eficiência.

• Nessas pilhas, o selamento hermético é reforçado, para que não possa ser rompido, tendo em vista que a

pilha é constituída de mercúrio, o qual é prejudicial à saúde e a natureza.

Nome Ano Equação

Zinco/Dióxido de

Manganês

(Pilha de Leclanché)

1865

Ânodo: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH41+

(aq) + 2 e- → 1 Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + 1 H2O(l)

Global: Zn(s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+

(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2NH3(g)

Zinco/Dióxido de

Manganês

(Pilha Alcalina)

1901

Ânodo: Zn + 2 OH → ZnO + H2O + 2e-

Cátodo: 2 MnO2 + H2O + 2e-→ Mn2O3 + 2 OH

Reação global: Zn +2 MnO2→ ZnO + Mn2O3

Zinco/Mercúrio

(Pilha de Mercúrio)1945

Ânodo: Zn(s) + 2 OH1-(aq) → ZnO(s) + 2 H2O(l) + 2e-

Cátodo: HgO(s) + H2O(l) + 2e- → Hg(l) + 2 OH1-(aq)

Reação Global: HgO(s) + Zn(s) → ZnO(s) + Hg(l)

Lítio/Iodo

(Pilha de Lítio)

Ânodo: 2 Li(s) → 2 Li+(s) + 2e-

Cátodo: 1 I2(s) + 2e- → 2 I-(s)

Reação Global: 2 Li(s) + 1 I2(s) → 2 LiI(s)

EVOLUÇÃO HISTÓRICA DAS PRINCIPAIS PILHAS

• PILHA DE LÍTIO: é considerada uma pilha com alta tensão, produzindo uma tensão entre 2,8 e 3,5 V.

• Nessas pilhas, as substâncias que compõem são: ânodo de lítio; cátodo de complexo de iodo.

• Esse tipo de pilha tem excelente durabilidade, de 8 a 10 anos, com alto índice de eficiência.

• Nessas pilhas, o selamento hermético é reforçado, para evitar vazamento de gases.

• É uma das pilhas mais leves, pois é confeccionada com o metal Lítio, menos denso da tabela periódica.

OUTROS ASPECTOS SOBRE AS PILHAS

A QUESTÃO DA BATERIA

BATERIAS: A EVOLUÇÃO DAS PILHAS?

• A necessidade de se obtermaiores tensões e correntesdeu origem às baterias, que sãoassociações de pilhas.

• Acumulador de Chumbo – 1856– Gaston Plante.

18

TIPOS DE BATERIAS• Bateria de Níquel Cádmio (Ni-Cd):

• Efeito Memória;

• Vida útil baixa;

• Altamente poluente;

• Bateria de Hidreto Metálico de Níquel (Ni-MH):

• Menor toxicidade;

• Maior vida útil;

• Bateria de íons de Lítio (Li-Ion):

• Atóxicas;

• Desnecessário ciclos completos de carga;

• Propensas a explosão em altas temperaturas.

Em um mundo em constante necessidade de energia, as pilhas e bateriassão de vital importância para o funcionamento de diversos itens cotidianos.

IMPORTÂNCIA DA PILHA

19

20

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Fonte: SEMA, 2005.

REFERÊNCIAS

GUEDES, Manuel V. Bicentenário da Invenção da Pilha por Alessandro Volta. Porto(Portugal): Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento deEngenharia Eletrotécnica e Computadores, 2000. Disponível em: <http://goo.gl/6E8lMb>.Acesso em: 22 nov. 2014.

MARTINS, Roberto A. Alessandro Volta e a invenção da pilha: dificuldades noestabelecimento da identidade entre o galvanismo e a eletricidade. In: Acta Scientiarum.Technology, n. 21(4), 1999, p. 823-35. ISSN 1415-6814. Disponível em:<http://periodicos.uem.br/ojs/index.php/ActaSciTechnol/article/viewFile/3079/2362>. Acessoem: 22 nov. 2014.

MARTINS, Roberto de Andrade. O contexto da invenção e divulgação da pilha elétricapor Alessandro Volta. Pp. 285-290, in: GOLDFARB, José Luiz & FERRAZ, Márcia HelenaMendes (eds.). Anais do VII Seminário Nacional de História da Ciência e da Tecnologia e daVII Reunião da Rede de Intercâmbios para a História e a Epistemologia das CiênciasQuímicas e Biológicas. São Paulo: Sociedade Brasileira de História da Ciência / EDUSP,2000.

SEMA – Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Paraná.Desperdício zero: programa da Secretaria de Estado do Meio Ambiente e RecursosHídricos do Paraná. Pilhas e baterias. Curitiba: SEMA, 2005.

TAVARES, J. P. M. Pilhas e baterias. Itumbiara (Goiás): IFGO, 2012. 21